[科普中國(guó)]-出口繼電器

簡(jiǎn)介

近年來(lái), 隨著微機(jī)保護(hù)及集成型斷路器操作箱的廣泛應(yīng)用, 變電站保護(hù)和控制設(shè)備的小型化、智能化及自動(dòng)化水平大大提高, 由于某些二次設(shè)備制造廠家在設(shè)計(jì)設(shè)備的小型化同時(shí), 對(duì)出口繼電器和開(kāi)入光耦的安全動(dòng)作功率重視不夠, 驅(qū)動(dòng)功率普遍較小。當(dāng)這些出口繼電器或開(kāi)入光耦外接電纜較長(zhǎng)、分布電容不能忽略時(shí), 常在系統(tǒng)有較大擾動(dòng)時(shí)引起誤動(dòng), 造成電網(wǎng)事故。為此, 《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中提出“經(jīng)長(zhǎng)電纜跳閘回路, 宜采取增加出口繼電器動(dòng)作功率等措施, 防止誤動(dòng)” 。眾所周知, 增加動(dòng)作功率勢(shì)必要增加設(shè)備的體積和功耗, 并不是越大越好。因此, 繼電器和光耦的最小安全動(dòng)作功率成了抗干擾措施的重要參數(shù)。2007 年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和分析了各種干擾源的干擾水平和性質(zhì), 并通過(guò)實(shí)測(cè)控制電纜的分布電容參數(shù), 較詳細(xì)地研究了安全動(dòng)作功率與可接電纜長(zhǎng)度的關(guān)系,得到了相對(duì)量化的繼電保護(hù)出口繼電器及開(kāi)入光耦安全動(dòng)作功率1。

變電站干擾水平測(cè)試與分析1)開(kāi)關(guān)場(chǎng)操作空間電磁干擾

開(kāi)關(guān)場(chǎng)刀閘帶電操作是一種很強(qiáng)的干擾源, 它的干擾電壓瞬間幅值可達(dá)到2 kV ～ 3 kV , 干擾波可以通過(guò)母線輻射和耦合進(jìn)入控制電纜芯線對(duì)保護(hù)及二次設(shè)備造成干擾。

2)斷開(kāi)直流回路電感線圈對(duì)直流系統(tǒng)的干擾

斷開(kāi)直流回路電感線圈可能直接對(duì)同一直流系統(tǒng)的二次設(shè)備造成干擾。為此, 實(shí)測(cè)了4 次不同500 kV斷路器分合閘時(shí)直流操作電源回路的電壓干擾波, 其中最高干擾電壓為100 V 左右, 干擾電壓波形類(lèi)似于開(kāi)關(guān)場(chǎng)刀閘帶電操作(波形圖略), 也是脈沖型式, 脈沖持續(xù)時(shí)間為微秒級(jí), 但干擾電壓幅值相對(duì)較低, 不會(huì)引起出口繼電器及開(kāi)入光耦誤動(dòng)。

3)雷電干擾

雷電干擾有類(lèi)似于開(kāi)關(guān)場(chǎng)刀閘操作通過(guò)開(kāi)關(guān)場(chǎng)的空間電磁干擾進(jìn)入保護(hù)設(shè)備的一面,還有通過(guò)兩端接地的屏蔽層對(duì)芯線造成干擾的一面。由于雷電波的干擾頻率較刀閘操作低, 一旦受到干擾, 不太容易防止。因此, 反措要求二次設(shè)備的開(kāi)關(guān)接地點(diǎn)要遠(yuǎn)離避雷器等一次設(shè)備的接地點(diǎn)。另外,電纜屏蔽層在開(kāi)關(guān)場(chǎng)經(jīng)高阻接地及在控制室直接接地的屏蔽層接地方案有利于減少這種干擾。

4)工頻干擾

50 Hz 工頻干擾多是由于大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障引起, 系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí), 在變電站地網(wǎng)和大地中流過(guò)接地故障電流, 產(chǎn)生地電位差, 從而在兩端接地的控制電纜屏蔽層中流過(guò)工頻電流, 對(duì)芯線造成干擾, 進(jìn)而對(duì)于其相連接的二次設(shè)備造成干擾。為了減少50 Hz 工頻對(duì)保護(hù)等二次設(shè)備的干擾, 按25 項(xiàng)反措要求, 在開(kāi)關(guān)廠順著電纜溝鋪設(shè)銅地網(wǎng)后可以解決這一問(wèn)題。

5)直流系統(tǒng)接地干擾

由于操作箱的手跳、三跳繼電器及失靈保護(hù)啟動(dòng)開(kāi)入光耦的一端一般都與電源負(fù)極相連, 另一端與控制電纜相連, 當(dāng)電纜較長(zhǎng)、分布電容不可以忽略時(shí), 直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障情況下, 可能造成動(dòng)作功率較小的繼電器或光耦開(kāi)入誤動(dòng)。

6)交流電串入直流系統(tǒng)干擾

同直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地, 當(dāng)直流系統(tǒng)受到交流干擾后, 動(dòng)作功率較小的重要出口繼電器或開(kāi)入光耦將誤動(dòng)。由于常用的交流電對(duì)地電壓大多是220 V , 峰值電壓311 V , 所以穩(wěn)態(tài)最高干擾電壓為311 V , 較直流系統(tǒng)接地嚴(yán)重。

由上述分析可看出, 引起重要出口繼電器及開(kāi)入光耦誤動(dòng)的主要原因?yàn)榈鼐W(wǎng)接地電阻不好情況下系統(tǒng)接地故障時(shí)的工頻干擾、直流系統(tǒng)接地干擾和交流電串入直流系統(tǒng)干擾, 且均與外接長(zhǎng)電纜有關(guān)2。

出口繼電器及開(kāi)入光耦安全動(dòng)作功率對(duì)于上述幾種干擾源, 地網(wǎng)接地電阻不好情況下系統(tǒng)接地故障時(shí)的工頻干擾應(yīng)嚴(yán)格按反措要求,在變電站及控制室之間鋪設(shè)銅地網(wǎng), 減少系統(tǒng)接地故障時(shí)的地電位差, 應(yīng)能有效地防止誤動(dòng)。但對(duì)于直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地或交流電誤串入直流系統(tǒng)的干擾則并不那么簡(jiǎn)單, 有必要進(jìn)行較深入的分析研究。

1.直流一點(diǎn)接地時(shí)的安全動(dòng)作功率

直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地最嚴(yán)重的情況是直流系統(tǒng)負(fù)極經(jīng)一定的阻抗負(fù)接地后, 再由繼電器動(dòng)作變?yōu)檎拥亍?/p>

2 交流電串入直流系統(tǒng)時(shí)安全動(dòng)作功率

交流電串入引起執(zhí)行元件誤動(dòng)的主要原因與外接電纜長(zhǎng)度有關(guān), 如果外接電纜很短, 交流電串入直流后形不成回路, 不產(chǎn)生電流, 執(zhí)行元件不會(huì)誤動(dòng),即使電纜很長(zhǎng), 繼電器的動(dòng)作功率足夠大時(shí)也不會(huì)引起誤動(dòng)。因此有必要分析外接電纜長(zhǎng)度與執(zhí)行元件動(dòng)作功率的關(guān)系。

3.出口繼電器及開(kāi)入光耦安全動(dòng)作延時(shí)

由于交流串入直流系統(tǒng)的時(shí)刻是不固定的, 當(dāng)交流電非過(guò)零時(shí)刻發(fā)生串入直流事故, 串入的瞬間會(huì)出現(xiàn)幅值很高的尖脈沖, 尖脈沖峰值僅與回路電阻有關(guān), 與分布電容無(wú)關(guān), 執(zhí)行元件一定會(huì)誤動(dòng)作。尖脈沖過(guò)后, 干擾電流按回路電阻和分布電容組成RC 電路指數(shù)衰減。

可以看出, 尖脈沖峰值電流大大超過(guò)了動(dòng)作電流, 在220 V 直流系統(tǒng), 5 W 執(zhí)行元件脈沖電流大于臨界動(dòng)作電流14 .77 mA 的時(shí)間為1 .3 ms , 如果執(zhí)行元件不帶動(dòng)作延時(shí), 一定誤動(dòng), 靠提高動(dòng)作功率是無(wú)效的, 110 V 直流系統(tǒng)為1 .1 ms , 因此為了確保不誤動(dòng), 執(zhí)行元件必須帶一定的動(dòng)作延時(shí)。因此, 要求執(zhí)行元件無(wú)論是繼電器還是光耦必須帶不小于2 ms延時(shí), 才能確保不誤動(dòng)。

總結(jié)就目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀而言, 重要繼電保護(hù)出口繼電器的動(dòng)作功率已普遍引起人們的重視, 國(guó)家電網(wǎng)公司早已制定了動(dòng)作功率不小于5W的反措, 但各保護(hù)廠家執(zhí)行并不統(tǒng)一, 主要原因是微機(jī)型保護(hù)或集成型操作箱的實(shí)現(xiàn)有一定困難。應(yīng)根據(jù)具體的工程實(shí)際情況靈活掌握, 對(duì)控制電纜僅有幾十米長(zhǎng)的小型變電站, 動(dòng)作功率可以適當(dāng)放寬, 對(duì)控制電纜長(zhǎng)度超過(guò)300 m 的大型變電站, 額定功率不得小于5 W , 且動(dòng)作功率不得小于額定功率的65 %。建議生產(chǎn)廠家在開(kāi)入光耦邏輯中增加不小于2 ms的動(dòng)作延時(shí), 更換動(dòng)作時(shí)間小于2 ms 的快速中間繼電器, 進(jìn)一步提高保護(hù)設(shè)備的安全工作性能3。